Dossier ressources - Lycée Alfred mongy

Session 201 5
 DOSSIER RESSOURCES


CONCOURS GÉNÉRAL DES MÉTIERS
Maintenance des véhicules automobiles
Option : véhicules particuliers
Épreuve Écrite
Épreuve d’admissibilité
DIAGNOSTIC-INTERVENTION

Durée : 6h
Dossier ressources paginé de 1/20 à 20/20
Conseils aux candidats :
Il est demandé aux candidats de consulter attentivement le dossier ressources pour instruire les
réponses aux questions posées.
Matériels et documents autorisés :
 Calculatrice électronique, autonome, non imprimante, à entrée unique par clavier
à l'exclusion de tout autre matériel électronique
Les candidats doivent rendre l'intégralité des documents à l'issue de la composition
EXAMEN : CGM Maintenance des véhicules automobiles - Option : Voitures particulières
Dossier ressources
Epreuve : Diagnostic-Intervention
Session 2015
Repère: UE
Durée : 6 h
Épreuve d’admissibilité
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Problématique de diagnostic sur une direction
électrique à assistance variable
1. Présentation
Le Véhicule DS3 de la marque Citroën est équipé d'une direction assistée électrique
continûment variable en fonction de la vitesse. Appliquée sur les véhicules du groupe PSA
Peugeot Citroën, cette direction apporte de nombreux avantages :
 Un fort agrément de conduite aussi bien en ville que sur route. La gestion électronique
des données (Vitesse du véhicule, angle de volant) permet un paramétrage extrêmement
fin des lois de direction.
 Une réduction non négligeable de la consommation en carburant d'environ 0,2 litres aux
100 km obtenue par la suppression de la pompe d'assistance.
 La suppression des fluides hydrauliques, de la pompe d'assistance et des canalisations
réduit la masse globale de la direction. L'absence de pompe d'assistance participe
également à la limitation des bruits parasites lors de braquages importants.
La direction, de type pignon-crémaillère intègre un moteur électrique de 60 ou 65 A qui agit
directement sur le pignon de direction. Des capteurs mesurent des paramètres tels que l'angle
volant ou la vitesse du véhicule. Ces informations sont transmises à un calculateur qui
évalue en temps réel l'assistance optimale à délivrer par le moteur électrique.
La colonne de direction se règle en hauteur et en profondeur sur une course de 40 mm. Elle se
rétracte sur une longueur de 50 mm en cas de choc par le glissement de deux tubes cannelés,
afin de limiter les effets d'une collision "volant/thorax".
A la différence d'une direction assistée hydraulique, l'énergie est consommée seulement en cas
de besoin (lors d'une action du conducteur sur le volant).
On réalise donc une diminution de la consommation par rapport à une direction hydraulique.
Il n'y a pas d'interaction directe avec le moteur thermique car la direction assistée électrique
utilise le courant de l'alternateur (lorsque le moteur thermique tourne).
Implantation des éléments
(1) Ensemble direction assistée électrique.
(2) Moteur électrique d’assistance de direction.
(3) Capteur de couple.
(4) Volant de direction.
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Epreuve : Diagnostic-Intervention
Session 2015
Repère: UE
Durée : 6 h
Épreuve d’admissibilité
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1.2. Principe de fonctionnement
La direction assistée de type électrique assiste les efforts de manœuvre dès la sollicitation du
volant.
Le couple d'assistance est fourni à l'aide d'un moteur électrique. Ce couple est transmis
au pignon de la crémaillère par un réducteur (roue + vis sans fin de rapport 1:15). Il
s'additionne au couple volant appliqué par le conducteur.
La force exercée par le conducteur sur le volant est transmise mécaniquement à la
crémaillère via le pignon. Ce couple conducteur est mesuré par l'intermédiaire du capteur
de couple et envoyé au calculateur de direction assistée.
Le calculateur alimente le moteur en fonction :
 du couple volant ;
 de la vitesse du véhicule.
Vitesse du
véhicule
Niveau
d'assistance
Vitesse nulle
ou inférieure à 7
km/h
(Parking,
manœuvre)
Maximum
Le calculateur commande le moteur d'assistance uniquement en
fonction du capteur de couple
Variable
Le calculateur commande le moteur d'assistance en fonction du
capteur de couple et de la vitesse véhicule.
L'assistance est d'autant plus faible que la vitesse véhicule est
élevée.
Faible
Le calculateur commande le moteur d'assistance uniquement en
fonction du capteur de couple.
On dit que l'assistance est constante sur cette plage de vitesses.
Vitesse
moyenne
de 8 km/h à 152
km/h
Vitesse
supérieure
à 152 km/h
Observations
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Epreuve : Diagnostic-Intervention
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Repère: UE
Durée : 6 h
Épreuve d’admissibilité
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1.3. Ensemble direction assistée électrique
Le système de direction assistée électrique est composé d'une direction manuelle classique,
dont le rapport de démultiplication pignon-crémaillère est de 17,8/1 ; avec en plus :
 un capteur de couple ;
 un moteur électrique d'assistance et son réducteur ;
 deux faisceaux (un faisceau signal et un faisceau puissance) ;
 d'un calculateur branché sur le réseau CAN (non présenté sur ce dessin).
Repère
Désignation
1
Capteur de couple
3
2
Moteur d'assistance
4
Connecteur alimentation moteur
d'assistance
Connecteur signal du capteur de couple
Caractéristiques générales de la direction :
Rapport de démultiplication
17,8/1 (tour volant / tour de roue)
Nombre de tour volant (de butée à butée)
2,82 tours
2. Les éléments constitutifs
2.1. Capteur de couple
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Épreuve d’admissibilité
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2.1.1. Rôle
Il permet de mesurer en permanence le couple que le conducteur applique au volant
et détermine le sens de rotation du volant et le couple exercé par le conducteur.
Nota : Un étage électronique intégré au calculateur empêche l'apparition d'un couple
d'assistance dans un sens opposé au sens de rotation du volant et interdit l'apparition
d'assistance lorsqu'il n'y a pas de sollicitation au volant.
Cette direction n'utilise pas de capteur d'angle volant.
2.1.2. Implantation
Le capteur de couple est inséré sur l'axe du pignon entre l'arbre d'entrée (côté colonne et
volant) et l'arbre de sortie (côté pignon de crémaillère).
2.1.3. Description du capteur de couple (en position repos)
Repère
A
1
Désignation
Côté pignon de crémaillère
Bobine de mesure fixe par rapport à la
direction
Repère
B
2
Arbre d'entrée côté colonne (volant)
4
3
5
Bague de détection solidaire de l'arbre
d'entrée
6
7
Bague de détection solidaire de l'arbre
de sortie
8
Désignation
Côté volant de direction
Bobine de référence fixe par rapport à la
direction
Barre de torsion qui relie l'arbre d'entrée et
l'arbre de sortie permettant un
déplacement relatif entre les deux arbres
de ± 4,5° maximum
Bague de détection solidaire de l'arbre
d'entrée
Arbre de sortie côté pignon de crémaillère
Ce capteur est un couple-mètre à mesure d'angle de torsion à courant de Foucault.
Chaque bague de détection possède une série de créneaux disposés sur sa périphérie de
telle manière, qu'en cas de torsion, les créneaux se décalent l'un par rapport à l'autre.
Ce décalage plus ou moins important des créneaux en vis à vis a pour effet de modifier
l'inductance des deux bobines haute fréquence.
L'électronique de traitement des signaux est placée à proximité des bobines.
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Le capteur de couple est constitué de 3 parties :
 la partie mécanique constituée d'une barre de torsion, similaire aux barres de torsions
des valves hydrauliques classiques. Le décalage angulaire entre l'arbre d'entrée et
l'arbre de sortie est proportionnel au couple appliqué par le conducteur. Une « prise
tournevis » limite ce décalage angulaire à la plage +/- 4,5°
 la partie électromagnétique du capteur donne une information sur la position angulaire
des bagues de détection (repère 7 par rapport au repère 6) et par conséquent de l'arbre
d'entrée par rapport à l'arbre de sortie ;
 la partie électronique du capteur transforme cette information de position angulaire en
information de couple avec le principe suivant, la déformation angulaire de la barre de
torsion est proportionnelle au couple volant.
Le capteur de couple possède un second étage de détection pour avoir une image électrique
du couple volant. Une bobine de référence, dont les caractéristiques ne sont pas modifiées par
le déplacement angulaire des bagues de détections. Elle permet de transmettre une
information électrique de référence quelles que soient les conditions d'environnement
(température par exemple).
Caractéristiques du capteur de couple
Couple maxi mesurable au volant
10 à 11 Nm
Barre de torsion :
- longueur déformable
- diamètre
- angle de torsion
- raideur angulaire
- limite d’élasticité en torsion (G)
92 mm
6,6 mm
+/-4,5°
2,9 Nm/°
8,2 x 104 MPa
2.1.4. Signaux
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Variation de la tension du capteur en fonction du couple volant.
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Épreuve d’admissibilité
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La couche physique CAN HS :
 Signaux CAN HS:
 Résistances de terminaison réseau CAN HS :
Impédance caractéristique : Valeur Nominale réseau = 60 
2 nœuds primaires  R de terminaison = 120 
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2.2. La partie opérative (ensemble Moto Réducteur)
2.2.1. Ensemble moto réducteur
1
Moteur d'assistance
2
Roue du réducteur
3
Vis sans fin
4
Ensemble réducteur
5
Vers volant de direction
6
Arbre de sortie
Vue en coupe du moto réducteur
2.2.2. Le réducteur
Le réducteur est composé d'une roue et d'une vis sans fin. La roue est solidaire de la colonne
de direction. La vis est reliée à l'arbre du moteur d'assistance.
Rapport de démultiplication du réducteur : 1 / 15
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2.2.3. Le moteur d'assistance
Type de moteur
Le moteur électrique est un moteur à balais à courant continu. Il existe deux types de moteurs
électriques, différents par leur intensité de fonctionnement : 60 A (pour les véhicules légers) et
65 A (pour les véhicules plus lourds équipés par exemple d'option comme l'air
conditionné ou d'une boîte de vitesses automatique).
Pour que le moteur fonctionne deux conditions sont nécessaires :
 Tension batterie supérieure à 9 volts ;
 Régime moteur supérieur à 285 tr/min.
Protection thermique du moteur
Le calculateur limite progressivement l'assistance (diminution du courant maximal) si la
direction est utilisée pendant une longue période (manœuvre de butée à butée plusieurs
fois de suite) afin d'éviter un échauffement du moteur d'assistance et de risquer de détériorer
le moteur ou le calculateur. Le niveau de courant est rétabli au fur et à mesure du
refroidissement du système.
2.2.4 Synoptique du module de contrôle de l’alimentation du moteur électrique
d’assistance
Présentation des différentes fonctions constitutives du module de contrôle de
l'alimentation du moteur.
 Interface de puissance : Elle est constituée d'un pont en H commandé en hacheur de
tension permettant de configurer le sens et l'intensité moyenne du courant traversant le
moteur.
 Logique de commande de l'interface : Ce module génère le cycle de commande
des transistors de l'interface de puissance à partir du signal d'horloge et en fonction
du sens de rotation du moteur défini par le micro processeur du calculateur.
 Module de modification du rapport cyclique : Il modifie le rapport cyclique du
signal d'horloge en fonction de la valeur définie par le micro processeur permettant
ainsi de moduler l'intensité moyenne du courant d'alimentation du moteur d'assistance.
 Horloge : Elle génère un signal carré de fréquence prédéfinie. CLK
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Schéma de principe de l'interface de puissance
L'interface de puissance est réalisée
autour de 4 transistors montés en Pont en H.
Le moteur est branché entre les 2
branches du pont.
Le module logique de commande de
l'interface
commande
individuellement
chaque transistor afin de réaliser la
configuration désirée par le microprocesseur.
La commande des transistors étant réalisée
par un signal haché et le montage des
diodes de roues libres permet d'obtenir un
courant moyen lissé à la valeur désirée.
Q1 Q2 : Transistors de type NPN
Q3 Q4 : Transistors de type PNP
D3 D4 : Diodes de roue libre.
2.2.5 Graphes caractéristiques du pont en H
UA1 : Tension mesurée entre une borne du moteur électrique (point A1) et la masse.
Imot : Intensité mesurée sur l'un des 2 câbles d'alimentation du moteur par le calculateur
DAE. Conditions de mesure :
La mesure a été effectuée véhicule à l'arrêt pour une rotation complète à droite puis à gauche.
Départ : Volant en position milieu puis rotation à droite jusqu'en butée, rotation à gauche
jusqu'en butée, retour en position milieu.
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UA1 : Tension mesurée entre une borne du moteur électrique (point Al) et la masse.
Imot : Intensité mesurée sur l'un des 2 câbles d'alimentation du moteur par le calculateur DAE.
2.3. Calculateur de direction assistée électrique
2.3.1. Emplacement du calculateur
Le calculateur de la direction assistée électrique est implanté dans le compartiment moteur,
au niveau du bac batterie.
2.3.2. Description du calculateur
Le calculateur reçoit le signal électrique du capteur de couple et commande le moteur
d'assistance.
Le calculateur alimente le moteur d'assistance en fonction :
- de la vitesse véhicule ;
- du couple exercé au volant.
Nota : c’est le même calculateur qui est monté sur tous les véhicules, contrairement au
moteur d’assistance.
Repère
Désignation
1
Alimentation du moteur d'assistance connecteur 2
voies
2
Alimentation batterie connecteur 2 voies
3
Signaux de commande : connecteur 15 voies
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2.3.3 Synoptique
Repère
A
1313
Ensemble mécanique de la direction
assistée électrique
o Capteur de couple
o Moteur d'assistance
N° de
liaison
Calculateur moteur
7020
Calculateur A.B.S.
Nature du
signal
Signal
1
Information régime moteur
Analogique
2
Information régime moteur
Information vitesse véhicule
(suivant version)
CAN
3
Information du couple exercé
sur la colonne de direction
par le conducteur
Analogique
4
Commande du moteur
électrique de la direction
Niveau de
courant
5
Information vitesse véhicule
(suivant version)
CAN
Capteur de régime moteur
1320
7126
Liaisons
Organes
Calculateur de direction assistée
électrique
2.3.4 Lois d’assistance
Courbes donnant l’intensité du courant moteur en fonction du couple au volant
pour différentes vitesses du véhicule.
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2.3.5. Modes dégradés :
Le calculateur possède une stratégie de gestion des défaillances du système :
 à l'extérieur de la direction (mauvaise communication CAN, information vitesse
véhicule incohérente) ;
 à l'intérieur du système de direction (défaut capteur de couple, coupure d'un
circuit électrique) ;
 lors de l'apparition d'un ou de plusieurs défauts le calculateur passe en mode
dégradé.
Les modes dégradés sont au nombre de deux : assistance de refuge (assistance fortement
diminuée), coupure totale de l'assistance.
Défaut
Mode dégradé
Mauvaise communication avec le réseau
CAN
Assistance de refuge
Vitesse véhicule incohérente
Vitesse véhicule supérieur à 250km/h
Absence de l'information vitesse véhicule
Assistance de refuge
Régime moteur / vitesse véhicule
Régime moteur supérieur à 7000 tr/min
Assistance de refuge
Capteur de couple défaillant
Coupure de l'assistance
Tension batterie inférieure à 7,7 volts
Coupure de l'assistance
Moteur d'assistance bloqué
Coupure de l'assistance
Problèmes de câblage
Si le défaut de câblage est détecté avant le démarrage
du moteur thermique, la direction assistée électrique
n'est pas opérationnelle.
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3. Électricité
3.1. Schéma électrique
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3.2. Schéma de câblage
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Nomenclature :
Repère
BB00
C001
BSI1
PSF1
Désignation
Batterie
Connecteur
diagnostic
Boîtier Servitude
Intelligent
Platine Servitude
Repère
Désignation
Repè
re
Désignation
7126
Calculateur D.A.E. 1620 Capteur vitesse sans ABS
7128
Capteur de couple 70-- Option ABS
7129
Moteur d'assistance 10-- Circuit charge
12 - -
Injection
3.3. Implantation
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4. Géométrie train roulant
Berline DS3 géométrie train avant
Valeurs de contrôle et de réglage
Carrossage (Non réglable)
- 0°32' (± 0°30')
Chasse (Non réglable)
+ 4°21' (± 0°18')
Angle de pivot (Non réglable)
+ 11°30' (± 0°30')
Parallélisme à l’essieu (Réglable)
- 0°17' (± 0°09')
Parallélisme à la roue (Réglable)
- 0°09' (± 0°04')
Dissymétrie carrossage inférieure à 0°30’Dissymétrie chasse inférieure à 0°30’Répartir
symétriquement, roue gauche-roue droite, la valeur de parallélisme global
Berline DS3 Géométrie train arrière
Valeurs de contrôle et de réglage
Carrossage (Non réglable)
- 1°45' (± 0°30')
Parallélisme à l’essieu (Non réglable) + 0°45' (± 0°09)
Parallélisme à la roue (Non réglable) + 0°23' (± 0°04)
Dissymétrie carrossage ± 0° 30'
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